国外新技术:双激光金属3D打印技术,可有效降低粗糙度80%

国外新技术:双激光金属3D打印技术,可有效降低粗糙度80%

2020-12-24 5

荷兰一所叫KULeuven鲁汶大学学校的学生Lars Vanmunster开发了一种通过激光粉末床融合(LPBF)来提高3D打印的金属零件的表面光洁度的工艺。这项技术依赖于第二脉冲激光的应用,可以将粗糙度降低80%。这个项目的灵感如此之大,Vanmunster被授予了一个奖项。


由于印刷过程中粉末颗粒飞溅,会在零件上形成小凸点,导致表面粗糙。反过来,零件必须从打印机中取出,并通过研磨和抛光等技术进行抛光。虽然粗糙的表面在某些情况下可能是有益的(例如骨科植入物),但对于大多数必须在印刷后进一步加工以满足最终规格的零件来说,情况并非如此。这种后处理非常耗时且昂贵,并且在某些情况下可能是决定是否对给定组件使用3D打印的一个因素。


已经开发了许多方法来解决金属部件在建造期间的表面光滑度。这些包括机械加工,激光烧蚀刻蚀,电化学加工等等。这些方法导致的问题之一是形成金属碎片,这会干扰施工过程。


Vanmunster和他的同事在他的研究中发现了一个想法,这在以前的LPBF研究中通常是个问题。在脉冲激光三维打印零件的实验中,遇到了冲击波干扰零件的不幸副作用。然而,在其他领域,如激光冲击强化和箔片成形,激光冲击波实际上可以有实际应用。

3D打印机

过程可视化。图片由库勒文提供。

Vanmunster当时是鲁汶大学机械工程、制造过程和系统系的研究生。他和同事们一起努力工作,并考虑使用脉冲激光的冲击波作为提高表面质量的手段。通过使用3DSystems Pro XDMP320A和500W激光,并使用第二纳秒光纤激光器,他们开发了一种双激光方法,可以在打印过程中自动执行表面精加工。当第一个能量源用于打印零件时,第二个脉冲激光通过向该区域发送微小的冲击波来去除残留的粉末。这将导致未烧结的粉末在主激光重熔外表面之前被吹走。

3D打印机

重熔过程之前(上)和之后(下)的打印零件和横截面。表面更光滑,消除了台阶效应。图片由库勒文提供。

该工艺可将表面粗糙度降低高达80%,从而减少后处理工作量和整体零件成本。万明斯特的论文获得了佛兰德工程师协会颁发的“IENET硕士论文奖”。

当被问及在哪里激发这一过程时,Vanmunster坦言:“这种双激光设备是几年前由鲁汶大学的增材制造研究小组开发的。AM团队对这种新型双激光装置进行了深入的测试和实验,发现了脉冲激光冲击波选择性脱粉的现象。我的研究重点是使用JitkaMetelkova博士研究的背景,使用这个设定来降低表面粗糙度,他正在使用这个机器进行混合增材制造。”


Vanmunster说,将这项技术集成到现有的金属3D打印机中需要与制造商本身合作,但最终可能会将其推向市场。

Vanmunster(范明斯特(音译))说:“从一开始,我们就在3DSystems-LayerWise的商用LPBF机器上实现了双激光设置。”“我们已经与他们的工程师合作,实施了所有必需的硬件和软件修改。这是通过在一个由佛兰德政府资助的大型基础设施项目的框架内修改3D系统DMPProX320机器来实现的。所以我们研究中的产业吸收很简单。这是我们自1990年在鲁汶大学建立添加剂制造团队以来的DNA。”


除了能够在施工过程中进行平滑处理之外,与后处理技术相比,使用冲击波还有其他好处。例如,加工可能并不总是适合光滑和更复杂的3D打印零件。打印后基于激光的表面处理需要大量时间和劳动密集型步骤:从机器上移除零件,夹紧它们,使激光平滑并释放它们。

“所有这些都会导致大量的额外成本。范明斯特说:“双激光装置的优点是可以在原位加工,这意味着不需要手动和重新夹紧。”


接下来,Vanmunster希望将其技术应用到更复杂的现实世界物体中,从而证明其在工业产品中的实用性。所以在领导am团队的VanHooreweder教授的指导下,他以博士研究员的身份加入了大学的AM团队。


范明斯特说:“我们将与许多工业伙伴一起启动一个新项目,在这个项目中,我们将进一步探索新的双激光系统的可能性。”


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